(57)【要約】【課題】、燃料電池スタックのリーク箇所を、簡単かつ確実に把握することを可能にする。【解決手段】燃料電池スタック１１に湿度を含むガスを供給し、燃料電池スタック１１を覆う湿度反応材料により構成された被覆手段２２に変色が生じた場合には、その変色部分を、燃料電池スタック１１に対応させることで、燃料電池スタック１１のリーク箇所を特定する。被覆手段２２の変色部分と燃料電池スタック１１との対応は、被覆手段２２が燃料電池スタック１１の表面に密着ないし隣接することで、被覆手段２２の変色場所と燃料電池スタック１１のリーク場所とを一対一で対応させることが可能であり、燃料電池スタック１１を水没させることなく、そのリーク箇所を正確に特定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿度反応材料により構成された被覆手段により、燃料電池スタックを覆い、前記燃料電池スタックに湿度を含むガスを供給し、前記被覆手段に変色が生じる場所を前記燃料電池スタックに対応させて、前記燃料電池スタックのリーク箇所を特定することを特徴とする燃料電池スタックのリーク検査方法。
【請求項２】
前記被覆手段として感湿紙を用いることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタックのリーク検査方法。
【請求項３】
前記燃料電池スタックを被覆する被覆手段の全体を撮影し、画像解析により変色部位を特定することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池スタックのリーク検査方法。
【請求項４】
湿度反応材料により構成された、燃料電池スタックを覆う被覆手段と、前記燃料電池スタックに湿度を含むガスを供給する供給手段とを含むことを特徴とする燃料電池スタックのリーク検査装置。
【請求項５】
前記被覆手段は感湿紙であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池スタックのリーク検査装置。
【請求項６】
前記被覆手段の全体を撮影する撮影手段と、該撮影手段により取得される画像を解析して変色部位を特定する画像処理手段とを含むことを特徴とする請求項４又は５記載の燃料電池スタックのリーク検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックのリーク検査方法及びリーク検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、図２に示されるように、複数種類のセル構成部材が積層されることによって、セル（単セル）１０が構成され、なおかつ、セル１０が複数枚積層された燃料電池スタック１１を構成することで、必要な電圧が確保されるものである。セル１０の構造例としては、図３に示されるように、膜電極接合体１２（Membrane Electrode Assembly：以下、「ＭＥＡ」という。）がセル１０の厚み方向の中心部に配置され、その両面に、ガス拡散層１４（アノード側/カソード側のガス拡散層１４Ａ、１４Ｃ）、ガス流路１６（アノード側/カソード側のガス流路１６Ａ、１６Ｃ）、セパレータ１８が夫々配置された構造となっている。なお、ＭＥＡ１２とガス拡散層１４とが一体となった形態を、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode ＆Gas Diffusion Layer Assembly）と称することもある。これらのセル構成部材によって構成されたセル１０は、必要枚数重ねられ、図２に示される端部プレート１３に挟持された状態で、各セル１０及び端部プレート１３を貫通するボルト１５により、一体に固定される。
【０００３】
このように、燃料電池スタック１１が複数のセル構成部材が積層された構造を有することから、各セル構成部材の部品精度や組付精度のばらつき、或いは、部品間への異物の噛み込み等に起因して、発電に寄与する燃料ガスや空気の流路からのリークを生ずることがある。そこで、従来から、所定の圧力で燃料電池スタック１１にガス供給を行い、ガス出口で計測されるガス圧との差圧からリークの有無を把握する、燃料電池スタックのリーク検査が行われている（例えば、特許文献１参照）。
又、水没状態の燃料電池スタック１１にガス供給を行い、燃料電池スタック１１の表面から気泡が発生する部分を、リーク箇所として特定する手法も考案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７０９１８号公報
【特許文献２】特開平６−２６７５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、ガスの差圧からリークの有無を把握する手法は、燃料電池スタック１１全体のリーク量を把握することが可能であるが、燃料電池スタック１１の如何なる箇所でリークが発生しているのかということは把握できない。一方、水没状態の燃料電池スタック１１にガス供給を行い、燃料電池スタック１１の表面から気泡が発生する部分を、リーク箇所として特定する手法は、燃料電池スタック１１の如何なる箇所でリークが発生しているのかということを把握することが可能であるが、燃料電池スタック１１を水没させるための水槽や、水槽内の燃料電池スタック１１にガスを供給するための配管等が必要となる。又、燃料電池スタック１１を水没させることから、実際の運転環境と検査環境とが異なる点も、好ましくない。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池スタックのリーク箇所を、簡単かつ確実に把握することを可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【０００７】
（１）湿度反応材料により構成された被覆手段により、燃料電池スタックを覆い、前記燃料電池スタックに湿度を含むガスを供給し、前記被覆手段に変色が生じる場所を前記燃料電池スタックに対応させて、前記燃料電池スタックのリーク箇所を特定する燃料電池スタックのリーク検査方法（請求項１）。
本項に記載の燃料電池スタックのリーク検査方法は、燃料電池スタックに湿度を含むガスを供給し、燃料電池スタックを覆う湿度反応材料により構成された被覆手段に変色が生じた場合には、その変色部分を燃料電池スタックに対応させることで、燃料電池スタックを水没させることなく、リーク箇所を特定するものである。
【０００８】
（２）上記（１）項において、前記被覆手段として感湿紙を用いる燃料電池スタックのリーク検査方法（請求項２）。
本項に記載の燃料電池スタックのリーク検査方法は、燃料電池スタックを覆う被覆手段に感湿紙を用いることで、燃料電池スタックに対する被覆手段の着脱作業を容易にしている。そして、燃料電池スタックを水没させることなく、湿度を含むガスの漏れにより感湿紙に変色が生じた部分を燃料電池スタックに対応させ、リーク箇所を特定するものである。
【０００９】
（３）上記（１）、（２）項において、前記燃料電池スタックを被覆する被覆手段の全体を撮影し、画像解析により変色部位を特定する燃料電池スタックのリーク検査方法。（請求項３）。
本項に記載の燃料電池スタックのリーク検査方法は、燃料電池スタックを被覆する被覆手段の全体を撮影し、画像解析により変色部位を特定することで、燃料電池スタックのリーク箇所を、自動的かつ正確に把握するものである。
【００１０】
（４）湿度反応材料により構成された、燃料電池スタックを覆う被覆手段と、前記燃料電池スタックに湿度を含むガスを供給する供給手段とを含む燃料電池スタックのリーク検査装置（請求項４）。
本項に記載の燃料電池スタックのリーク検査装置は、湿度反応材料により構成された被覆手段によって、燃料電池スタックを覆い、供給手段によって燃料電池スタックに湿度を含むガスを供給する。そして、被覆手段に変色が生じた部分を、燃料電池スタックに対応させることにより、燃料電池スタックを水没させることなく、リーク箇所を特定するものである。
【００１１】
（５）上記（４）項において、被覆手段は感湿紙である燃料電池スタックのリーク検査装置（請求項５）。
本項に記載の燃料電池スタックのリーク検査装置は、燃料電池スタックを覆う被覆手段が感湿紙であることから、燃料電池スタックに対する被覆手段の着脱作業が容易である。そして、燃料電池スタックを水没させることなく、湿度を含むガスの漏れにより感湿紙に変色が生じた部分を燃料電池スタックに対応させ、リーク箇所を特定するものである。
【００１２】
（６）上記（４）、（５）項において、前記被覆手段の全体を撮影する撮影手段と、該撮影手段により取得される画像を解析して変色部位を特定する画像処理手段とを含む燃料電池スタックのリーク検査装置（請求項６）。
本項に記載の燃料電池スタックのリーク検査装置は、撮影手段によって燃料電池スタックを被覆する被覆手段の全体を撮影し、画像処理手段の画像解析により変色部位を特定することで、燃料電池スタックのリーク箇所を、自動的かつ正確に把握するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明はこのように構成したので、燃料電池スタックのリーク箇所を、簡単かつ確実に把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係る、燃料電池スタックのリーク検査装置を示す模式図である。
【図２】燃料電池スタックの立体模式図である。
【図３】図２に示される燃料電池スタックを構成するセルの、構成部材を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、従来技術と同一部分若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
図１には、燃料電池スタックのリーク検査装置２０が示されている。順に説明すると、リーク検査装置２０は、燃料電池スタック１１を覆う被覆手段２２と、燃料電池スタック１に湿度を含むガスを供給する供給手段２４と、被覆手段２２の全体を撮影する撮影手段２６と、撮影手段２６により取得される画像を解析して変色部位を特定する画像処理手段２８とを含むものである。
【００１６】
被覆手段２２は、例えば感湿紙を燃料電池スタック１１の外形に沿って成形したものであり、燃料電池スタック１１の表面に密着させて固定して用いるものである。燃料電池スタック１１に対する感湿紙の固定は、例えば、帯状の感湿紙の一端部を端部プレート１３やボルト１５（図２参照）等、燃料電池スタック１１の発電に寄与しない部分に、両面テープ等を用いて固定し、燃料電池スタック１１の周囲に密着するように巻き付け、もう一方の端部を、同様に端部プレート１３やボルト１５する手法や、予め、燃料電池スタック１１の断面形状に合わせて角筒状に整形した感湿紙を、燃料電池スタック１１に嵌め込む手法が挙げられる。又、透明ケースに燃料電池スタック１１を入れ、透明ケースと燃料電池スタック１１との空間にシリカゲル等の感湿粒子を充填することとしても良い。
【００１７】
供給手段２４は、窒素ガス等の不活性ガスを燃料電池スタック１１に供給するための検査ガス供給用ボンベ３０、該検査ガス供給用ボンベ３０と燃料電池スタック１１とを接続する検査ガス供給配管３２を備えている。又、検査ガス供給配管３２には、検査圧力設定用レギュレータ３４、加湿器（バブラー、超音波加湿器等）３６、加湿コントローラ（パソコン又は専用の演算回路）３８、湿度計４０、燃料電池セルの上流に位置するストップバルブ４２、燃料電池セルの下流に位置するストップバルブ４４及び圧力計４６を備えている。又、必要に応じてガス温度計５２を、検査ガス供給配管３２に配置する。
【００１８】
又、撮影手段２６は、燃料電池スタック１１を載置した状態で回転させることが可能なターンテーブル４８と、検査用カメラ５０とを備えている。更に、検査用カメラ５０により取得される画像を解析して変色部位を特定する画像処理手段２８として、パソコン等の演算手段が用いられている。なお、画像処理手段２８をパソコンによって構成する場合には、加湿コントローラ３８の制御機能をパソコンに付与することとしても良い。又、ターンテーブル４８の回転制御機能、及び、検査用カメラ５０の起動制御機能をパソコンに付与することも可能である。更に、ストップバルブ１１の開閉制御機能をパソコンに付与することも可能である。
【００１９】
続いて、図１に示されるリーク検査装置２０を用いて、燃料電池スタック１１のリーク検査を行う手順を説明する。
まず、ターンテーブル４８に燃料電池スタック１１を固定し、燃料電池スタック１１のガス流入ポート及びガス流出ポートに、検査ガス供給配管３２を連結する。かかる連結作業はカプラー等を用いることにより、容易に行うことが可能である。続いて、検査ガス供給用ボンベ３０から検査ガス供給配管３２にガスを供給し、ガス圧をレギュレータ３４により所定の検査圧力へと減圧する。そして、加湿器３６によって所定の湿度へと加湿される。この際、湿度計４０やガス温度計５２の測定結果に基づき、飽和状態に近い湿度へと加湿することが望ましい。そして、ストップバルブ４２を開、ストップバルブ４４を閉とすることで、ガス供給と共に燃料電池スタック１１内部のガス圧を上昇させ、当該ガス圧がレギュレータ３４の圧力と同じになったときに、ストップバルブ４２を閉じ、燃料電池スタック１１の内部圧力を封止する。
【００２０】
この状態で一定時間放置し、被覆手段２２の変色部分の有無を調べ、変色部分がある場合にはその位置の把握を行う。この作業は目視によるものでも良いが、図示の例のごとく、撮影手段２６を備える場合には、ターンテーブル４８を回転させながら検査用カメラ５０で被覆手段２２の全体を撮影し、画像処理手段２８の画像解析（例えば二値化処理）により変色部位を特定することで、燃料電池スタック１１のリーク箇所を、被覆手段２２に変色が生じた場所に対応させて把握する。
なお、図示の例とは逆に、ターンテーブル４８を固定し、監視用カメラ５０を燃料電池スタック１１の周囲に回転させて、被覆手段２２の全体を撮影することとしても良い。
【００２１】
上記構成をなす、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。まず、本発明の実施の形態に係る燃料電池スタックのリーク検査方法は、燃料電池スタック１１に湿度を含むガスを供給し、燃料電池スタック１１を覆う湿度反応材料により構成された被覆手段２２に変色が生じた場合には、その変色部分を、燃料電池スタック１１に対応させることで、燃料電池スタック１１のリーク箇所を特定するものである。被覆手段２２の変色部分と燃料電池スタック１１との対応は、被覆手段２２が燃料電池スタック１１の表面に密着ないし隣接することで、被覆手段２２の変色場所と燃料電池スタック１１のリーク場所とを一対一で対応させることが可能であり、燃料電池スタック１１を水没させることなく、そのリーク箇所を正確に特定することができる。
【００２２】
又、本発明の実施の形態では、燃料電池スタック１１を覆う被覆手段２２に感湿紙を用いることにより、燃料電池スタックに対する被覆手段の着脱作業を容易とするものである。
しかも、本発明の実施の形態では、撮影手段２６によって燃料電池スタックを被覆する被覆手段２２の全体を撮影し、画像処理手段２８の画像解析により変色部位を特定することで、燃料電池スタック１１のリーク箇所を、自動的かつ正確に把握することが可能となっている。
なお、本発明の実施の形態では、燃料電池スタック１１を構成するセル１０の電解質膜を加湿することにもなり、膜抵抗の低減やイオン伝導性の向上を図り、発電検査環境に適した条件に導くことが可能となる。又、水分はセル構成部材にとって何ら害を与えるものでもなく、燃料電池スタック１１の性能劣化を招くこともない。
【符号の説明】
【００２３】
１０：セル、１１：燃料電池スタック、２０：リーク検査装置、２２：被覆手段、２４：供給手段、２６：撮影手段、２８：画像処理手段、３０：検査ガス供給用ボンベ、３２：検査ガス供給配管、３４：検査圧力設定用レギュレータ、３６：加湿器、３８：加湿コントローラ、４０：湿度計、  ４２，４４：ストップバルブ、４６：圧力計、４８：ターンテーブル、５０：検査用カメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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